O Padrão Ethernet

Prof. José Gonçalves Pereira FilhoDepartamento de Informática/UFES

zegonc@inf.ufes.br

2

Origens O início do desenvolvimento da tecnologia Ethernet

ocorreu nos laboratórios da Xerox PARC, em 1972, com Robert Metcalfe.

O sistema resultante, operava a uma taxa de transmissão de 2.94 Mbps, conectava 100 computadores compartilhando um mesmo meio de transmissão - um cabo coaxial de 1km – e usava o método de acesso CSMA/CD.

Conceitos chave da tecnologia (uso de um canal compartilhado e escuta do meio antes da transmissão) foram derivados dos trabalhos pioneiros de acesso por contenção do projeto Slotted-Aloha, uma rede baseada em rádio transmissão desenvolvido na University of Hawaii no início dos anos 70.

O projeto Aloha também foi pioneiro na subdivisão da transmissão em frames, que forma a base para as redes de comutação de pacotes atuais.

3

Origens (cont.)

4

Evolução do Padrão Ethernet Durante os anos 70, antes da sua exploração

comercial, o Ethernet mudou de nome algumas vezes (Alto Aloha Network, Xerox Wire).

No início dos anos 80 a Xerox juntou-se à Digital e à Intel com o intuito de efetivar o Ethernet (10 Mbps) como um padrão industrial de LAN’s. Este padrão chamou-se Ethernet DIX (“Blue Book Standard” - Ethernet v.1)

O protocolo foi revisado em 1982, passando então a chamar-se definitivamente Ethernet (Ethernet v.2, Ethernet II).

Uma forma alterada do protocolo foi depois definido como padrão pelo IEEE (802.3) e adotado também pela ISO (8802).

5

O que é o Padrão Ethernet?

O Ethernet é um padrão para redes locais em barramento, utilizando o método de acesso ao meio por contenção CSMA-CD.

O padrão originalmente desenvolvido foi baseado no uso de cinco componentes de hardware: Um cabo coaxial; Um transceiver; Um transceiver cable; Um cable tap; Uma interface controladora (controladora Ethernet).

O que é o Padrão Ethernet?

A tecnologia Ethernet consiste, basicamente, de três elementos:

Componentes de hardware e o meio físico

As regras de controle de acesso ao meio O quadro (“PDU”) Ethernet

75

Componentes de hardware

Tick Ethernet IEEE 10BASE-5

8

O Cabo Coaxial Grosso Embora o par trançado seja relativamente barato e

fácil de usar, as pequenas distâncias entre as tranças funcionam como antenas para a recepção de interferência eletromagnética e de rádio frequência (ruído). Isto restringe o seu uso às redes com pequenas distâncias.

O cabo coaxial foi escolhido à época por ser adequado para interconexão a grandes distâncias. O cabo coaxial grosso (“tick ethernet”), de 50 Ω, possui uma marca a cada 2.5m indicando onde a conexão deve acontecer (distância mínima entre taps).

Um máximo de 100 transceivers podem ser colocados em um único segmento de rede.

95

Seção de um Cabo Coaxial

105

Redes Ethernet com Cabo Coaxial Grosso

11

O Cabo Coaxial Fino

O segundo tipo de cabo usado em redes Ethernet é o coaxial fino (“thin ethernet”), de 50 Ω, que é mais flexível que o anterior, porém alcança uma distância de transmissão de apenas 1/3 do cabo grosso. Entretanto, é mais barato e usa conectores BNC.

Quando o IEEE padronizou as redes 802.3, os cabos coaxiais receberam a denominação 10BASE5 (cabo grosso) e 10BASE2 (cabo fino).

Um cabo coaxial deve ser terminado com um conector série-N (“terminador”). Este conector evita reflexão elétrica do sinal e também age como “terra”.

125

Conectores BNC e T

135

Terminadores

145

Redes Ethernet com Cabo Coaxial Fino

15

O Transceiver O transceiver (“transmitter-receiver”) contém a

lógica necessária para transmitir e receber os sinais carregados pelo cabo coaxial.

Contém um “tap” que, quando pressionado contra o cabo, penetra-o e faz contato com o condutor central. Na nomenclatura do IEEE o transceiver é conhecido como MAU - Media Attachement Unit.

O transceiver é responsável pela detecção da portadora e detecção de colisão. Quando uma colisão é detectada o transceiver coloca um sinal especial no cabo (“jam”), que possui duração suficiente para se propagar no barramento e informar aos outros transceivers que uma colisão ocorreu.

165

O Transceiver (cont.)

17

O Padrão IEEE 802.3 – Nível Físico

O nível físico da norma 802.3 pode ser de diferentes tipos. Assim, para proporcionar uma certa independência relativamente ao nível MAC este nível está estruturado em dois sub-níveis: “Physical Signaling” (PLS) – É responsável por gerar e detectar os

sinais elétricos (código manchester, por exemplo). Serve de interface do nível físico com o MAC. Esta interface é independente do tipo de meio físico, sinal e codificação utilizada na transmissão.

“Physical Medium Attachment” (PMA) – Parte dependente do meio físico, é implementada por uma unidade funcional denominada MAU – Medium Access Unit, que se conecta diretamente ao meio, transmite e recebe sinais do meio e identifica colisões.

18

O Padrão IEEE 802.3 – Nível Físico

Para garantir independência entre estes dois sub-níveis, a interface entre eles está normalizada, sendo conhecida por “Attachment Unit Interface” (AUI), normalmente materializada por um conector D de 15 pinos. A interface do PMA com o cabeamento é conhecido por MDI (“Medium Dependent Interface”).

19

O Padrão IEEE 802.3 – Nível Físico

20

O Padrão IEEE 802.3 – Nível Físico

Os vários tipos de nível físico alternativos para a norma 802.3, são normalmente representadas segundo a seguinte convenção: TTbaseD ou TTbroadD

As letras TT são substituídas pela taxa de transmissão nominal em Mbit/s, a letra D é substituída pelo comprimento máximo de cada segmento, em centenas de metros. Os segmentos podem ser interligados por repetidores, o comprimento máximo que toda a rede pode ter é designado domínio de colisão.

As abreviaturas base e broad são utilizadas conforme se trate de banda base (“baseband” - sinais digitais) ou banda larga (“broadband” - sinais analógicos).

21

O Padrão IEEE 802.3 – Nível Físico

22

O Padrão IEEE 802.3 – Nível Físico

23

O Padrão IEEE 802.3 – Nível Físico

24

O Padrão IEEE 802.3 – Nível Físico

25

IEEE 802.3 – 10Base5

26

IEEE 802.3 – 10Base2

27

IEEE 802.3 – 10Base-T

28

IEEE 802.3z (Gigabit Ethernet) 1000Base-T (IEEE 802.3ab)

É a tecnologia mais viável, caso a rede possua menos de 100 metros, pois ela utiliza os mesmos cabos par-trançado categoria 6 que as redes de 100 Mbps atuais.

Além de não necessitar a compra de cabos, não são necessários ajustes maiores para suportar esta tecnologia, e com a utilização de switches compatíveis, podem ser combinados nós de 10, 100 e 1000 megabits, sem que os mais lentos atrapalhem no desempenho dos mais rápidos.

Existe o problema da resistência física dos cabos de par-trançado: eles são frágeis, ocasionando, por vários motivos, a perda de desempenho. Como a taxa de transmissão é maior, o índice de pacotes perdidos acaba sendo muito maior que nas redes 100 megabits.

No 1000Base-T o número de pares usados difere dos padrões anteriores. Ele utiliza os quatro pares disponíveis no par trançado; por este motivo, que ele consegue transmitir a 1000 mbps, diferentemente dos que utilizam somente dois pares desse cabo.

1000Base-CX A tecnologia 1000base-CX é o padrão inicial para Gigabit Ethernet sobre fio de

cobre com alcance de, no máximo, 25 metros. O cabeamento é feito com cabos STP (Shielded Twisted Pair ou Par Trançado Blindado).

Uado em aplicações específicas, onde o cabeamento não é feito por usuários comuns (ex: IBM BladeCenter usa 1000BASE-CX para conexão Ethernet entre os servidores blade e os módulos de comutação.

29

IEEE 802.3z (Gigabit Ethernet)

1000BASE-SX (short wavelength) Esta tecnologia emprega fibras ópticas nas redes e é recomendada para distâncias

de até 550 metros. Possui quatro padrões de lasers. Com lasers de 50 microns e freqüência de 500 MHz,

o padrão mais caro, o sinal é capaz de percorrer os mesmos 550 metros dos padrões mais baratos do 1000Base-LX. O segundo padrão também utiliza lasers de 50 mícrons, mas a freqüência cai para 400 MHz e a distância para 500 metros. Os outros dois padrões utilizam lasers de 62.5 mícrons e freqüências de 200 e 160 MHz, por isso são capazes de atingir apenas 275 e 220 metros, respectivamente. Pode utilizar fibras do tipo monomodo e multimodo, sendo a mais comum a multimodo (mais barata e de menor alcance).

1000BASE-LX (long wavelength) Esta é a tecnologia mais cara, pois atinge as maiores distâncias. Se a rede for maior

que 550 m, ela é a única alternativa, sendo capaz de atingir até 5km utilizando-se fibras ópticas com cabos de 9 mícrons.

Caso se utilize cabos com núcleo de 50 ou 62.5 mícrons, com freqüências de, respectivamente, 400 e 500 MHz, que são os padrões mais baratos nesta tecnologia, o sinal alcança até 550 metros, compensando, neste caso, o uso da tecnologia 1000Base-SX, que alcança a mesma distância e é mais barata.

A tecnologia 1000baseLX é utilizado com fibra do tipo monomodo, por este motivo que ela pode alcançar uma maior distância em comparação com o padrão 1000Base-SX.

30

IEEE 802.3z (Gigabit Ethernet)

31

IEEE 802.3z (Gigabit Ethernet)